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Halbleiteranordnung mit einem Paar von Wärmeabstrahlplatten - Dokument DE102004055908A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102004055908A1 28.07.2005
Titel Halbleiteranordnung mit einem Paar von Wärmeabstrahlplatten
Anmelder Denso Corp., Kariya, Aichi, JP
Erfinder Miura, Shoji, Kariya, Aichi, JP;
Ozeki, Yoshihiko, Kariya, Aichi, JP;
Nakase, Yoshimi, Kariya, Aichi, JP;
Kato, Nobuyuki, Kariya, Aichi, JP;
Kondou, Tetsuji, Kariya, Aichi, JP;
Teshima, Takanori, Kariya, Aichi, JP;
Hiraswa, Naoki, Nishio, Aichi, JP
Vertreter WINTER, BRANDL, FÜRNISS, HÜBNER, RÖSS, KAISER, POLTE, Partnerschaft, 85354 Freising
DE-Anmeldedatum 19.11.2004
DE-Aktenzeichen 102004055908
Offenlegungstag 28.07.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.07.2005
IPC-Hauptklasse H01L 23/36
IPC-Nebenklasse H01L 23/488   
Zusammenfassung Eine Halbleiteranordnung weist auf: eine Halbleitervorrichtung (12); ein Paar von oberen und unteren Wärmeabstrahlplatten; und einen Wärmeabstrahlblock (15). Der Wärmeabstrahlblock (15) hat eine ebene Form, welche kleiner als eine ebene Form der Halbleitervorrichtung (12) ist. Die Halbleitervorrichtung (12) weist einen Wärmeerzeugungsabschnitt (19) auf, der dem Wärmeabstrahlblock (15) gegenüberliegt. Der Wärmeerzeugungsabschnitt (19) hat eine Umfangskante, welche so bestimmt wird, daß ein Abstand zwischen der Umfangskante des Wärmeerzeugungsabschnitts (19) und einer Umfangskante des Wärmeabstrahlblocks (15) gleich oder kürzer als 1,0 mm ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung, welche ein Paar von Wärmeabstrahlplatten hat.

Eine Halbleiteranordnung, welche ein Paar von Wärmeabstrahlplatten hat, die an oberen und unteren Oberflächen der Anordnung mittels Lot angeheftet sind, ist bekannt. Die Halbleiteranordnung wird geeigneterweise für eine Halbleitervorrichtung, beispielsweise einen Transistor wie einen IGBT (d. h. einen bipolaren Transistor mit isoliertem Gate) oder einer Diode verwendet, welche eine hohe Durchbruchsspannung und hohe Stromkapazität haben und viel Wärme erzeugen, wenn die Vorrichtung arbeitet. Die obige Halbleiteranordnung ist beispielsweise in der US-PS 6,703,707 beschrieben. Bei dieser Halbleiteranordnung wird in der Halbleitervorrichtung erzeugte Wärme von der Oberseite und der Unterseite der Anordnung über die Abstrahlplatten geleitet und abgestrahlt. Somit wird der thermische Widerstand einer Packung der Halbleitervorrichtung kleiner. Somit können die Abmessungen der Vorrichtung, die Anzahl der Vorrichtungen etc. verringert werden. Infolgedessen werden Herstellungskosten der Halbleiteranordnung verringert.

Die Verbindung mit dem Lot hat jedoch die folgenden Probleme. Wenn das Lot ein metallisches Bauteil kontaktiert, kann ein Funktionsfehler auftreten. Weiterhin ist eine Wärmeabstrahlleistung nicht ausreichend, da ein thermischer Pfad von der Halbleitervorrichtung durch die Oberseite und Unterseite der Anordnung inhomogen wird.

Angesichts des obigen Problems ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiteranordnung mit einem Paar von Wärmeabstrahlplatten zu schaffen. Die Anordnung soll ausreichende Wärmeabstrahlleistung haben.

Die Halbleiteranordnung weist eine Halbleitervorrichtung, ein Paar von oberen und unteren Wärmeabstrahlplatten und einen Wärmeabstrahlblock auf. Die untere Wärmeabstrahlplatte, die Halbleitervorrichtung, der Wärmeabstrahlblock und die obere Wärmeabstrahlplatte sind in dieser Reihenfolge angeordnet. Der Wärmeabstrahlblock hat eine ebene Form, welche kleiner als die der Halbleitervorrichtung ist. Die Halbleitervorrichtung hat einen Wärmeerzeugungsabschnitt, der dem Wärmeabstrahlblock gegenüberliegt. Der Wärmeerzeugungsabschnitt weist einen Umfang auf. Ein Abstand zwischen dem Umfang des Wärmeerzeugungsabschnittes und einem Umfang des Wärmeabstrahlblocks ist gleich oder kleiner als 1,0 mm.

Bei dem obigen Aufbau liegt der Wärmeerzeugungsabschnitt der Halbleitervorrichtung unter dem Wärmeabstrahlblock. Weiterhin ist der Wärmeabstrahlabschnitt so angeordnet, daß der Umfang des Wärmeerzeugungsabschnittes nicht mehr als 1,0 mm von einem Umfang des Wärmeabstrahlblockes beabstandet ist. Daher verläuft ein thermischer Pfad der in dem Wärmeerzeugungsabschnitt erzeugten Wärme in der Halbleitervorrichtung in Richtungen nach oben und unten. Somit hat die Anordnung ausreichende Wärmeabstrahlleistung, so daß ein Temperaturanstieg der Vorrichtung wirksam gesenkt werden kann.

Bevorzugt ist der Wärmeerzeugungsabschnitt ein Bereich, in welchem ein Kanalstrom einer Hauptzelle der Halbleitervorrichtung fließt.

Bevorzugt ist der Wärmeerzeugungsabschnitt ein Kanalausbildungsbereich in der Hauptzelle der Halbleitervorrichtung.

Die Halbleiteranordnung weist weiterhin auf: eine Halbleitervorrichtung mit einer Hauptelektrode, die auf einer Hauptoberfläche der Halbleitervorrichtung angeordnet ist; einer Metallplatte, die auf einer Hauptoberflächenseite der Halbleitervorrichtung angeordnet ist und mit der Hauptelektrode in Verbindung ist; ein Gehäuse zum Schutz der Halbleitervorrichtung, der Hauptelektrode und der Metallplatte. Das äußere der Hauptelektrode hat eine Polygonalform und das äußere der Metallplatte hat ebenfalls Polygonalform. Eine Seite der Polygonalform der Metallplatte ist gleich oder kürzer als eine entsprechende Seite der Polygonalform der Hauptelektrode.

Bei der Halbleiteranordnung mit obigem Aufbau kann eine Lotschicht, welche zwischen der Metallplatte und der Hauptelektrode angeordnet ist, nicht von einem Bereich der Hauptelektrode vorstehen. Somit sind ein Teil, welches eine Isolation benötigt und ein Metallteil ausreichend voneinander isoliert, so daß Betriebsstörungen beseitigt werden.

Weiterhin kann das Metallteil davor geschützt werden einen Draht zu kontaktieren, so daß Betriebsfehler aufgrund dieses Kontaktes beseitigt werden.

Weiterhin kann die Isolierung eines Schutzrings, der am Umfang des Drahtes oder der Halbleitervorrichtung ausgebildet ist, sichergestellt werden. Weiterhin wird ein Bondierungswerkzeug an einer Kontaktierung des Metallteils gehindert. Weiterhin wird der bevorzugte Effekt erhalten, daß die Chipgröße auf die benötigten Abmessungen optimiert werden kann. Weiterhin werden das Metallteil und die Lotschicht, welche an dem Metallteil anhaftet, an einem Überhang gehindert, so daß eine Verringerung der Haltbarkeit der Halbleitervorrichtung verhindert wird.

Weiterhin hat die Polygonalform der Metallplatte keine Konkavität und die Polygonalform der Hauptelektrode hat ebenfalls keine Konkavität.

Weiterhin weist die Halbleiteranordnung eine Halbleitervorrichtung auf mit einer Hauptelektrode, die auf einer Hauptoberfläche der Vorrichtung liegt; eine Metallplatte, welche mit der Hauptelektrode verbunden ist; und ein Gehäuse zum Schutz der Halbleitervorrichtung, der Hauptelektrode und der Metallplatte. Die Hauptelektrode hat eine Polygonalform und die Metallplatte hat ebenfalls eine Polygonalform. Der Bereich der Polygonalform der Metallplatte wird gleich oder kleiner als der Bereich der Polygonalform der Hauptelektrode gemacht.

Bei der Halbleiteranordnung mit obigem Aufbau steht eine Lotschicht zwischen der Metallplatte und der Hauptelektrode nicht von dem Bereich der Hauptelektrode vor. Infolgedessen kann die Isolierung zwischen dem Metallteil, welches eine Isolation benötigt, ausreichend sichergestellt werden, so daß Betriebsfehler beseitigt werden. Weiterhin wird der bevorzugte Effekt erhalten, daß die Chipgröße auf die benötigten Abmessungen optimiert werden kann.

Weiterhin wird eine Verringerung der Haltbarkeit der Halbleitervorrichtung verhindert.

Die obigen und weiteren Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. In der Zeichnung ist:

1 eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrichtung in einer Halbleiteranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

2 eine Querschnittsdarstellung durch die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;

3 eine vergrößerte Teilansicht durch die Halbleitervorrichtung entlang Linie III-III in 1;

4 eine vergrößerte Teilschnittdarstellung durch eine Hauptzelle;

5 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einer Distanz d und einer maximalen Temperatur der Vorrichtung;

6 eine vergrößerte Teilschnittdarstellung durch eine Halbleitervorrichtung in einer Halbleiteranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

7 eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrichtung in der Halbleiteranordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

8 eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrichtung in einer Halbleiteranordnung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

9 eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrichtung in einer Halbleiteranordnung im Vergleich zur ersten Ausführungsform;

10 eine Schnittdarstellung durch eine Halbleiteranordnung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

11A eine Draufsicht und 11B eine Schnittdarstellung durch die Halbleitervorrichtung in einer Halbleiteranordnung gemäß der fünften Ausführungsform; und

12A eine Draufsicht und 12B eine Schnittdarstellung durch eine Halbleitervorrichtung in einer Halbleiteranordnung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

(Erste Ausführungsform)

Die Erfinder haben vorab Studien an einer Halbleiteranordnung mit einer oberen und unteren Oberflächenkühlanordnung durchgeführt. 9 zeigt ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung (d. h. einer Leistungsvorrichtung), welche in der Halbleiteranordnung verwendet wird. Die Halbleitervorrichtung 1 gemäß 9 ist eine allgemein bekannte Allzweckleistungsvorrichtung (z. B. ein IGBT), die von einer Seite her gekühlt wird und im Stand der Technik verwendet wird. Eine Kollektorelektrode ist als gesamte Bodenfläche der Halbleitervorrichtung 1 ausgebildet. Die Kollektorelektrode ist mit einem Lot mit einer unteren Wärmeabstrahlplatte in Verbindung.

Andererseits sind gemäß 9 mehrere Emitterelektroden 2 mit Rechteckform an der oberen Oberfläche der Halbleitervorrichtung 1 ausgebildet. Mit einem Lot ist ein Wärmeabstrahlblock 3 an die Emitterelektroden 2 angeheftet. Hierbei ist der Bereich der Emitterelektrode 2 (d. h. der, der in einer Öffnung eines Schutzfilms angeordnet ist) kleiner als der Bereich einer Hauptzelle 4 (d. h. einer Emitterhauptzelle), in der der Emitterstrom fließt.

Bei dieser Anordnung verläuft ein Wärmeabstrahlungspfad, der in der Hauptzelle 4 unter dem Wärmeabstrahlungsblock 3 der Halbleitervorrichtung 1 erzeugten Wärme in Richtungen nach oben und unten in der Vorrichtung. Hierdurch wird ein Temperaturanstieg der Vorrichtung wirksam verhindert. Jedoch ist der Wärmeabstrahlungspfad von in einem Teil 4a der Hauptzelle 4 (d. h. einem Teil außerhalb des Wärmeabstrahlungsblocks 3) erzeugter Wärme, der von dem Wärmeabstrahlungsblock 3 entfernt ist, in der Vorrichtung nach unten gerichtet. Infolgedessen wird die Vorrichtungstemperatur in dem obigen Teil 4a höher als die Vorrichtungstemperatur in einem anderen Teil, welches unter dem Wärmeabstrahlblock 3 liegt. Obgleich somit die Anordnung einen Aufbau zur Wärmeabstrahlung von sowohl der oberen als auch unteren Oberfläche der Halbleitervorrichtung 1 hat, kann festgehalten werden, daß die Wärmeabstrahlleistung nicht ausreichend ist.

Angesichts des obigen Problems ist eine Halbleiteranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen. Die Halbleiteranordnung 11 ist in den 1 bis 4 gezeigt. 2 ist eine vertikale Schnittdarstellung, welche den Gesamtaufbau der Halbleiteranordnung 11 zeigt. Wie in 2 gezeigt, weist die Halbleiteranordnung 11 einen Halbleiterchip 12 (d. h. eine Halbleitervorrichtung), eine untere Wärmesenke 13 (d. h. eine Wärmeabstrahlplatte) eine obere Wärmesenke 14 (d. h. eine Wärmeabstrahlplatte) und einen Wärmesenkenblock 15 (d. h. einen Wärmeabstrahlblock) auf.

In diesem Fall sind der Boden des Halbleiterchips 12 und die Oberseite der unteren Wärmesenke 13 mit einer Lotschicht 16 als ein Verbindungsteil aus Lot zusammengeheftet. Weiterhin sind die Oberseite des Halbleiterchips 12 und die Unterseite des Wärmesenkenblocks 15 ebenfalls mit der Lotschicht 16 verbunden. Weiterhin sind die Oberseite des Wärmesenkenblocks 15 und die Unterseite des Wärmesenkenblocks 14 mit der Lotschicht 16 verbunden. Somit wird Wärme von den oberen und unteren Oberflächen des Halbleiterchips 12 über die Wärmesenken 13 und 14 (d. h. ein Paar von Wärmeabstrahlplatten) abgestrahlt.

Hierbei ist der obige Halbleiterchip 12 eine Leistungshalbleitervorrichtung, beispielsweise ein IGBT, ein DMOS, eine FWD oder ein Tyristor. Die Form des Halbleiterchips ist in dieser Ausführungsform eine rechteckförmige dünne Platte, wie in den 1 und 2 gezeigt.

Die untere Wärmesenke 13, die obere Wärmesenke 14 und der Wärmeabstrahlblock 15 sind beispielsweise aus Cu gefertigt. Sie können auch aus anderen Metallen mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit und elektrischer Leitfähigkeit sein, beispielsweise Al. Die untere Wärmesenke 13 und die obere Wärmesenke 14 sind elektrisch mit Hauptelektroden des Halbleiterchips 12 verbunden (z. B. einer Kollektorelektrode, einer Emitterelektrode etc.).

Wie in 2 gezeigt, ist die untere Wärmesenke 13 annähernd eine rechteckförmige Platte. Eine Leitung 13a (d. h. eine untere Leitung steht von der unteren Wärmesenke 13 in 2 nach rechts vor und ist mit der unteren Wärmesenke 13 integriert.

Der Wärmesenkenblock 15 hat rechteckige Plattenform, welche etwas kleiner als der Halbleiterchip 12 ist (d. h., der Wärmesenkenblock hat eine rechteckförmige Fläche, welche als Strichdoppelpunktlinie in 1 gezeigt ist). Weiterhin ist die obere Wärmesenke 14 aus einer Platte mit insgesamt annähernder Rechteckform gebildet. Eine Leitung 14a (d. h. eine obere Leitung) steht von der oberen Wärmesenke 14 in 2 nach rechts vor und ist mit der oberen Wärmesenke 14 integriert.

Die Leitung 13a der unteren Wärmesenke 13 und die Leitung 14a der oberen Wärmesenke 14 sind zueinander versetzt, d. h. sie liegen einander nicht gegenüber.

Der Abstand zwischen der Oberseite der unteren Wärmesenke 13 und der Unterseite der oberen Wärmesenke 14 beträgt beispielsweise 1 mm bis 2 mm. Eine Polyamidharz-Beschichtung (nicht gezeigt) als Harzbeschichtung ist auf die Oberfläche des Paares von Wärmesenken 13 und 14 und um den Chip 12 und den Wärmesenkenblock 15 herum aufgebracht.

Wie weiterhin in 2 gezeigt, sind ein Freiraum um das Paar von Wärmesenken 13 und 14, ein Umfang des Chips 12 und der Wärmesenkenblock 15 mit einem Kunststoffverguß (z. B. aus Epoxyharz) gefüllt und vergossen. Der oben beschriebene Polyamidharzüberzug ist eine Überzugsschicht (aus Harz) zur Erhöhung der Haltekraft zwischen dem Harz 17 und der Wärmesenke 13 und 14, der Haltekraft zwischen dem Harz 17 und dem Chip 12 und der Haltekraft zwischen dem Harz 17 und dem Wärmesenkenblock 15.

Eine Steuerelektrode (z. B. eine Gateelektrode und eine Signalelektrode) des Halbleiterchips 12 sind mit einem Leiterrahmen 18 mittels eines Bondierungsdrahtes verbunden.

Nachfolgend wird unter Bezug auf die 1 und 5 der genaue Aufbau des Halbleiterchips 12 beschrieben. Zunächst wird der obere Aufbau des Halbleiterchips 12 unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Eine Mehrzahl von Emitterelektroden (z. B. sieben Emitterelektroden) 19 in Rechteckform ist auf der Oberseite des Halbleiterchips 12 ausgebildet. Der Bereich der Emitterelektroden 19 schafft einen Bereich der Hauptzelle. Insbesondere ist der Bereich der Emitterelektroden 19 annähernd gleich zum Bereich der Hauptzelle.

Eine Gateelektrode 20, ein Paar von Elektroden 21 zur Temperaturerkennung, eine Elektrode 22 zur Stromerkennung, eine Elektrode 23 für den Emitter sind an einer unteren Seite der Oberseite des Halbleiterchips 12 ausgebildet. Ein Temperatursensor 24 ist an der Oberseite des Halbleiterchips 12 ausgebildet. Insbesondere liegt der Sensor 14 annähernd mittig zwischen den beiden Emitterelektroden 19, welche an einer linken Seite des Chips 12 angeordnet sind.

Der Wärmesenkenblock 15 ist mit der Emitterelektrode 19 (der Hauptzelle) an der Oberseite des Halbleiterchips 12 mit einem Lot derart verbunden, daß der Block 15 in einer Position angeordnet ist, welche in 1 mit der Strichdoppelpunktlinie dargestellt ist. Der Ausbildungsbereich der Emitterelektrode 19, d. h. der Kanalausbildungsbereich der Hauptzelle 19 (also der Bereich der Hauptzelle, in der der Kanalstrom fließt), ist so gelegt, daß der Kanalausbildungsbereich unter dem Wärmesenkenblock 15 angeordnet ist und der Abstand zwischen der Kante des Wärmesenkenblocks 15 und der Kanalausbildungsbereich ist gleich oder kürzer als 1,0 mm.

Nachfolgend zeigt 3 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung entlang III-III in 1, für den Fall, daß die Halbleiteranordnung 11 beispielsweise ein IGBT des Grabentyps ist. Insbesondere ist hierbei 4 eine vergrößerte Teilschnittdarstellung durch den Hauptzellenbereich 19. Wie in 4 gezeigt, weist der Hauptzellenbereich 19 ein Grabengate 25, eine Kanalschicht 26 des P-Typs, eine Emitterschicht 27 des N-Typs, eine Emitter-Aluminiumelektrode 28, die an der Oberfläche der Vorrichtung angeordnet ist, einen Isolationsfilm 29, der einen Verbindungsabschnitt (d. h. einen Kontaktabschnitt) zwischen der Emitteraluminiumelektrode 28 und einem Siliziumbauteil bildet, ein Siliziumsubstrat 30 unter der Emitteraluminiumelektrode 28 und eine Rückenelektrode 31 auf (vergleiche 3).

In dieser Ausführungsform ist der Bereich, in dem der Kanalelektronenstrom von der Emitterelektrode 19 fließt, als Hauptzellenbereich definiert. Der Hauptzellenbereich 19 hat einen Aufbau derart, daß der Hauptzellenbereich 19 von der Kante des Wärmesenkenblocks 15 innerhalb 1,0 mm beabstandet ist. In diesem Fall ist eine Größe d (d. h. ein Abstand zwischen der Kante des Wärmesenkenblocks 15 und der Kante des Hauptzellenabschnittes 19) gleich oder kleiner als 1,0 mm.

Ein Schutzfilm 32 aus Polyimid ist auf der Oberseite des Halbleiterchips 12 ausgebildet. Weiterhin sind ein Mittelplatierungsfilm 33 und ein Goldplatierungsfilm 34 für einen Lötkontakt in einer Öffnung des Schutzfilms 32 abgeschieden, der auf der Oberseite der Emitteraluminiumelektrode 28 liegt. Der Goldplatierungsfilm 34 schafft die Emitterelektrode 19. Der Wärmesenkenblock 15 ist über die Lotschicht 16 an dem Goldplatierungsfilm 34 angeheftet.

Wie weiter in 3 gezeigt, ist ein Elektrodenkissen 35 für ein Signal an einer rechten Seite auf der Oberseite des Halbleiterchips 12 ausgebildet. Das Elektrodenkissen 35 schafft die Gateelektrode 20, das Paar von Elektroden 21 zur Temperaturerkennung der Vorrichtung 12, die Elektrode 22 zur Erkennung des Stroms in der Vorrichtung und die Elektrode 23 für den Emitter.

Das obige Elektrodenkissen 35 weist die Aluminiumelektrode 28, den Nickelplatierungsfilm 33 und den Goldplatierungsfilm 34 auf. Der Nickelplatierungsfilm 33 und der Goldplatierungsfilm 34 für den Bondierungsdraht sind auf der Oberseite der Aluminiumelektrode 28 entsprechend der Öffnung im Schutzfilm 32 abgeschieden.

In diesem Fall wird ein Bondierungsdraht 36 mit einem Durchmesser von beispielsweise 150 &mgr;m mit einem Drahtbondierungsverfahren an dem Elektrodenkissen 35 (d. h. auf dem Goldplatierungsfilm 34) für ein Signal angeheftet. Um eine Überlappung zwischen dem Bondierungsdraht 36 und dem Wärmesenkenblock 15 zu vermeiden, ist es gefordert, daß ein Abstand zwischen einem Bondierungskoordinatenmittelpunkt und dem Wärmesenkenblock 15 gleich oder größer als 0,7 mm ist.

Weiterhin, wenn der Durchmesser des Bondierungsdrahtes 36 150 &mgr;m beträgt, ist es für eine Kissengröße (d. h. eine Elektrodengröße) in Längsrichtung gefordert, ungefähr 0,6 mm zu betragen.

Weiterhin muß jedes Elektrodenkissen 35 (d. h. die Gateelektrode 20, die Elektrode 21 zur Temperaturerkennung, die Elektrode 22 zur Stromerkennung oder die Elektrode 23 für den Emitter) für das Signal von dem Wärmesenkenblock 15 gleich oder mehr als 1,0 mm beabstandet sein. Weiterhin sind mehrere Elektrodenkissen 35 in einer Reihe in Fluchtung und liegen auf einer Seite an der Oberseite des Halbleiterchips 12 (siehe 1). In diesem Fall liegt der Hauptzellenbereich 19 nicht um die Elektrode 35 für das Signal herum.

Wie in 3 gezeigt, ist ein Stromerkennungsbereich 37 auf der rechten Seite des Hauptzellenbereichs 19 des Halbleiterchips 12 ausgebildet. Der Stromerkennungsbereich 37 ist so gebildet, daß er gleichen Aufbau wie der Hauptzellenbereich 19 hat. Jedoch beträgt die Fläche des Stromerkennungsbereiches 37 ungefähr ein Zehntausendstel der Fläche des Hauptzellenbereichs 19. Wenn ein Hauptstrom von beispielsweise 400 A in der Hauptzelle fließt, kann ein kleines Stromsignal von 40 mA welches etwa 1/10.000 des Stroms beträgt, überwacht werden.

Weiterhin wird in einem praxisgemäßen Systemschaltkreis das obige kleine Stromsignal von einem Sensorwiderstand erkannt, so daß ein kleiner Strom von ungefähr 1/20.000 des Hauptstroms, der die Hälfte eines Teilstromverhältnisses von 1/10.000 ist, im Systemschaltkreis fließt. Somit beträgt ein Wärmewert pro Flächeneinheit (d. h. eine Wärmedichte) in dem Stromerkennungsbereich 37 ungefähr die Hälfte der Wärmedichte im Hauptzellenbereich. Somit hat der Stromerkennungsbereich 37 eine kleine Wärmeabstrahlung, so daß es nicht notwendig ist, die Wärme von beiden Seiten der Anordnung anzustrahlen. Somit kann der Stromerkennungsbereich 37 beabstandet vom Wärmesenkenblock 15 angeordnet werden. Damit steht die Vorrichtungsfläche effektiv zur Verfügung.

Der Temperatursensor 24, der auf dem Halbleiterchip 12 angeordnet ist, weist einen P/N-Übergang in einer Polysiliziumschicht der Vorrichtung auf, so daß der Sensor 24 eine Temperatur des Halbleiterchips 12 unter Verwendung einer Temperaturabhängigkeit eine Vf (d. h. eine Vorwärtsspannung) einer Diode erkennt. Der Temperatursensor 24 ist unter dem Wärmesenkenblock 15 angeordnet, dessen Vorrichtungstemperatur ansteigt. Hierbei ist in dieser Ausführungsform der Temperatursensor 24 so angeordnet, daß er von einem mittigen Abschnitt des Hauptzellenbereichs 19 aus verschoben ist. Es ist bevorzugt, daß der Temperatursensor 24 in dem mittigen Abschnitt angeordnet ist.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 5 der Grund beschrieben, warum der Hauptzellenabschnitt 19 entfernt von der Kante des Wärmesenkenblocks 15 in einem Bereich von 1,0 mm beabstandet ist. Die Grafik in 5 zeigt eine Beziehung zwischen einer Abmessung d (d. h. einem Abstand zwischen der Kante des Wärmesenkenblocks 15 und der Kante des Hauptzellenbereichs 19) und einer Temperatur eines Teils des Halbleiterchips 12, von dem die Temperatur am höchsten wird. Die Grafik wird durch ein Simulationsergebnis erhalten.

In 5 gibt jeder Punkt (d. h. jeder Meßpunkt), an dem der Abstand d gleich oder geringer als 1 mm ist, die Temperatur an einem Mittelabschnitt des Halbleiterchips 12 wieder, der unter dem Wärmesenkenblock 15 angeordnet ist. Jeder Punkt, an dem der Abstand d gleich oder größer als 1 mm ist, gibt die Temperatur des Halbleiterchips 12 wieder, der außerhalb des Wärmesenkenblocks 15 liegt (d. h. des Kantenabschnittes des Halbleiterchips 12). Insbesondere zeigt die Grafik in 5, daß der Abschnitt des Halbleiterchips 12, der der Abschnitt mit maximalem Temperaturanstieg ist, in einem Fall unter dem Wärmesenkenblock 15 liegt, in dem die Abmessung d gleich oder kürzer als 1 mm ist. Somit wird die erzeugte Wärme ausreichend sowohl von der Oberseite als auch der Unterseite der Vorrichtung abgestrahlt. Andererseits liegt der Abschnitt des Halbleiterchips 12, der der Abschnitt mit maximalem Temperaturanstieg ist, außerhalb des Wärmesenkenblocks 15 dann, wenn die Abmessung d gleich oder größer als 1 mm ist. Daher wird die erzeugte Wärme nur von der Unterseite der Vorrichtung abgestrahlt, so daß die Wärmeabstrahlleistung nicht ausreichend ist.

Bei dem obigen Aufbau dieser Ausführungsform liegt der Hauptzellenabschnitt 19, der auf der Oberseite des Halbleiterchips 12 angeordnet ist (d. h. der Kanalausbildungsbereich der Hauptzelle oder der Bereich der Hauptzelle, in dem der Kanalstrom fließt) unter dem Wärmesenkenblock 15. Weiterhin ist der Hauptzellenabschnitt 19 gleich oder weniger als 1,0 mm beabstandet von der Kante des Wärmesenkenblocks 15 angeordnet. Somit verläuft der Wärmeabstrahlungspfad von in dem Hauptzellenabschnitt 19 erzeugter Wärme in Richtungen nach oben und unten im Halbleiterchip 12, so daß eine ausreichende Wärmeabstrahlungsleistung erhalten wird. Damit wird ein Temperaturanstieg der Vorrichtung wirksam verringert.

Hierbei ist es bevorzugt, daß der Kanalausbildungsbereich der Hauptzelle oder der Bereich der Hauptzelle, in dem der Kanalstrom fließt, und der auf der Oberseite des Halbleiterchips 12 angeordnet ist, unter dem Wärmesenkenblock 15 liegt und daß der Hauptzellenbereich 19 von der Kante einer Öffnung 40 in dem Schutzfilm den Hauptzellenbereich innerhalb von 1,0 mm beabstandet ist, wobei die Öffnung 40 für die Lotverbindung in Verbindung mit dem Wärmesenkenblock 15 steht.

Weiterhin, obgleich der obere Wärmesenkenblock 14 und der Wärmesenkenblock 15 unabhängig voneinander sind, können sie einstückig ausgebildet sein.

(Zweite Ausführungsform)

6 zeigt einen Teil einer Halbleiteranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der Halbleiteranordnung ist der Hauptzellenabschnitt 19 unter dem Wärmesenkenblock 15 angeordnet. Weiterhin ist der Hauptzellenabschnitt so aufgebaut, daß er gleich oder kürzer als 1,0 mm entfernt von der Kante der Lotschicht 16 zur Verbindung des Wärmesenkenblocks 15 angeordnet ist. Insbesondere ist ein Abstand d1 in 6 (d. h. ein Abstand zwischen der Kante der Lotschicht 16 und der Kante des Hauptzellenabschnitts 19) gleich oder kürzer als 1,0 mm. Hierbei ist in 6 eine mit Bezugszeichen 39 dargestellte Schicht eine Elektrode für eine Oberflächenlotschicht aus beispielsweise TiNiAu.

Somit ist der Hauptzellenabschnitt 19, der auf der Oberseite des Halbleiterchips 12 angeordnet ist und der Kanalausbildungsbereich für die Hauptzelle, der der Bereich der Hauptzelle ist, in der der Kanalstrom fließt, unter dem Wärmesenkenblock 15 angeordnet. Weiterhin ist der Hauptzellenabschnitt so aufgebaut, daß er von der Kante der Lotschicht 16 zur Verbindung mit dem Wärmesenkenblock 15 innerhalb von 1,0 mm beabstandet ist.

In diesem Fall ist der Kanalausbildungsabschnitt für die Hauptzelle oder der Abschnitt der Hauptzelle, in der der Kanalstrom fließt, unter dem Wärmesenkenblock 15 angeordnet. Weiterhin ist der Hauptzellenabschnitt 19 beabstandet von der Kante der Elektrode 39 (vergleiche 6) für die Lotverbindung zum Anschluß an den Wärmesenkenblock 15 innerhalb von 1,0 mm gestaltet.

Bei dem obigen Aufbau gemäß dieser Ausführungsform verläuft der Wärmeabstrahlungspfad von in dem Hauptzellenabschnitt 19 erzeugter Wärme in Richtungen nach oben und unten bezüglich des Halbleiterchips 12. Somit wird ausreichende Wärmeabstrahlleistung erhalten, so daß ein Anstieg der Vorrichtungstemperatur wirksam verhindert wird.

Weiterhin ist es bevorzugt, daß der Kanalausbildungsabschnitt der Hauptzelle, der auf der Oberseite des Halbleiterchips 12 oder dem Bereich der Hauptzelle liegt, in welchem der Kanalstrom fließt, unter dem Wärmesenkenblock 15 angeordnet ist, und daß der Hauptzellenabschnitt 19 so aufgebaut ist, daß er von der Kante der Öffnung im Schutzfilm des Hauptzellenabschnittes für die Lotverbindung zur Verbindung mit dem Wärmesenkenblock 15 innerhalb von 1,0 mm beabstandet ist.

(Dritte Ausführungsform)

7 zeigt eine Halbleitervorrichtung für eine Halbleiteranordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Halbleitervorrichtung sind ein Kissen zur Verbindung mit einem Signaldraht und ein Stromspiegel so angeordnet, daß sie sich an einem Abschnitt konzentrieren, der an der Oberseite des Halbleiterchips 12 liegt.

Genauer gesagt, die Elektrode 20, 21, 22, 23 für das Signal (d. h. das Kissen zur Verbindung mit dem Signaldraht) und der Stromerkennungsbereich 37 (d. h. der Stromspiegel) sind so angeordnet, daß sie sich in einer linken Hälfte der Unterseite auf der Oberseite des Halbleiterchips 12 konzentrieren.

Somit verläuft der Wärmeabstrahlungspfad, der in dem Hauptzellenabschnitt 19 erzeugten Wärme in Richtungen nach oben und unten bezüglich des Halbleiterchips 12. Somit wird ausreichende Wärmeabstrahlleistung erhalten, so daß ein Anstieg der Vorrichtungstemperatur wirksam verhindert wird.

Da weiterhin das Kissen zur Verbindung mit dem Signaldraht und der Stromspiegel so angeordnet sind, daß sie sich in einem Bereich auf der Oberseite des Halbleiterchips 12 konzentrieren, wird der Hauptzellenabschnitt größer; somit wird die Wärmeabstrahlleistung erheblich verbessert.

(Vierte Ausführungsform)

8 zeigt eine Halbleitervorrichtung einer Halbleiteranordnung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wenn in dieser Halbleitervorrichtung das Kissen zur Verbindung mit dem Signaldraht und der Stromspiegel so angeordnet sind, daß sie sich in einem Abschnitt an der Oberseite des Halbleiterchips 12 konzentrieren, sind die Signalelektrode 20, 21, 22, 23 (das Kissen zur Verbindung mit dem Signaldraht) und der Stromerkennungsabschnitt 37 (d. h. der Stromspiegel) so angeordnet, daß sie sich an einer Ecke (z. B. einer linken unteren Ecke) auf der Oberseite des Halbleiterchips 12 konzentrieren.

Somit verläuft der Wärmeabstrahlungspfad von in dem Hauptzellenbereich 19 erzeugter wärme in Richtungen nach oben und unten bezüglich des Halbleiterchips 12, so daß ausreichende Wärmeabstrahlleistung erhalten wird. Somit wird ein Anstieg der Vorrichtungstemperatur wirksam verhindert. Weiterhin wird der Hauptzellenbereich größer, so daß die Wärmeabstrahlleistung wesentlich verbessert wird.

(Fünfte Ausführungsform)

Hier haben die Erfinder vorab Studien an einer Halbleiteranordnung durchgeführt, welche eine Kühlanordnung an der oberen und unteren Oberfläche hat. Insbesondere werden bei einer Halbleiteranordnung des Packungstyps mit einem Paar von Wärmeabstrahlungsplatten die folgenden Probleme erzeugt, wenn ein Metallteil, welches eine Wärmesenke und eine Elektrode kombiniert, mittels Lot an einer Elektrode angeheftet wird, die an einer Oberfläche der Halbleitervorrichtung ausgebildet ist.

  • (1) Das geschmolzene Lot pflanzt sich vom Umfang der Vorrichtung aus fort, so daß das Lot das Metallbauteil, welches an der Rückseite der Halbleitervorrichtung angeheftet ist, kurzschließt. Somit kann ein Funktionsfehler auftreten.
  • (2) Das Metallteil und ein am Metallteil angebrachter Kleber haben einen Überhang, so daß sie den Bondierungsdraht kontaktieren. Somit kann ein Funktionsfehler auftreten.
  • (3) Die Chipgröße wird übergroß, da die Isolierung des Bondierungsdrahtes und des Schutzrings notwendig ist.
  • (4) Um einen ausreichenden Abstand sicherzustellen, so daß verhindert wird, daß ein Werkzeug zur Drahtbondierung und das Metallbauteil einander stören, wird die Chipgröße größer.
  • (5) Durch einen Kunstharzverguß, der zwischen den überhängenden Abschnitt des Metallteils und der Halbleitervorrichtung eindringt, wird eine Ablösungsbelastung erzeugt, wodurch die Haltbarkeit der Vorrichtung verringert wird.

Angesichts der obigen Probleme haben die Erfinder den Grund für die obigen Probleme untersucht. Es wurde bestimmt, daß die Abmessungen des Metallbauteils in Beziehung zu den Abmessungen der Oberflächenelektrode zu den obigen Problemen beiträgt. Insbesondere wurde festgehalten, daß die obigen Probleme auftreten, wenn die Abmessungen des Metallbauteils erheblich größer als die Abmessungen der Oberflächenelektrode sind.

10 zeigt eine Querschnittsansicht einer Halbleiteranordnung des Packungstyps gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 11A und 11B zeigen eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht eines Teils der Halbleiteranordnung des Packungstyps gemäß 10 vor der Packung. Der Aufbau der Halbleiteranordnung des Packungstyps wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Wie in 10 gezeigt, weist eine Halbleiteranordnung 100 des Packungstyps einen Halbleiterchip 12 mit einem IGBT als Halbleitervorrichtung, das erste Metallteil 13 als untere Wärmesenke, das zweite Metallteil 14 als obere Wärmesenke und das dritte Metallteil 15 zwischen dem zweiten Metallteil 14 und dem Halbleiterchip 12 auf, wobei all diese Elemente mit dem Harzverguß 17 eingegossen sind. Ein Gateelektrodenkissen 20a und ein Leitungsanschluß 18 sind mit einem Draht 107 verbunden. Das Gateelektrodenkissen 20a steht elektrisch mit einer Gateelektrode (d. h. dem zweiten Bereich) des IGBT im Halbleiterchip 12 in Verbindung. Eine Oberfläche der ersten und zweiten Metallteile 13 und 14 und ein Ende des Leitungsanschlusses 18 stehen entsprechend der Packung von dem Kunstharzverguß 17 vor.

Drei Lotschichten 16a, 16b und 16c als Bondierungsteil bondieren zwischen der Oberseite des ersten Metallteils 13 und der Unterseite des Halbleiterchips 12, zwischen der Oberseite des Halbleiterchips 12 und der Unterseite des dritten Metallteils 15 und zwischen der Oberseite des dritten Metallteils 15 und der Unterseite des zweiten Metallteils 14. Wie in 2A gezeigt, steht die Mittelelektrode 19 als Hauptzellenbereich elektrisch mit dem Emitterbereich (d. h. dem ersten Bereich) des IGBT in Verbindung, der auf der Oberfläche des Halbleiterchips 12 ausgebildet ist. Die Emitterelektrode 19 steht elektrisch mit einem externen Schaltkreis über die zweiten und dritten Metallteile 14 und 15 in Verbindung. Eine Kollektorelektrode (nicht gezeigt) zur elektrischen Verbindung mit einem Kollektorbereich des IGBT ist an der Rückseite des Halbleiterchips 12 ausgebildet. Die Kollektorelektrode steht elektrisch mit dem externen Schaltkreis über das erste Metallteil 13 in Verbindung.

Hierbei ist jedes der ersten und zweiten Metallteile 13 und 14 mit einem Leitungsanschluß (nicht gezeigt) verbunden, so daß die ersten und die zweiten Metallteile 13 und 14 elektrisch über die Leitungsanschlüsse mit dem externen Schaltkreis verbunden sind.

Weiterhin arbeiten die ersten und zweiten Metallteile 13 und 14 als ein Paar von Wärmeabstrahlplatten zur Abstrahlung von Wärme, welche im Halbleiterchip 12 erzeugt wird. Somit sind die Teile 13 und 14 aus Kupfer oder dergleichen gefertigt, welches ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit und niedrigen elektrischen Widerstand hat. Weiterhin arbeitet das dritte Metallteil 15 als thermischer Pfad zur Leitung von im Halbleiterchip 12 erzeugter wärme zur Seite des zweiten Metallteils. Das dritte Metallteil 15 ist beispielsweise aus Kupfer oder dergleichen gefertigt.

In der Halbleiteranordnung des Packungstyps mit dem obigen Aufbau gemäß 2 ist der Halbleiterchip 12 in Rechteckform ausgebildet und die Emitterelektrode 19 und das Metallteil 15 sind in Draufsicht in Quadratform ausgebildet. Die gesamte Oberfläche der Emitterelektrode 19 ist mit der Lotschicht 16b bedeckt. Betrachtet man den Halbleiterchip 12 von oben, ist das dritte Metallteil 15 in einer Umfangslinie der Emitterelektrode 19 aufgenommen, so daß das dritte Metallteil 15 nicht von dieser Außenlinie vorsteht.

Weiterhin ist die Abmessung der Seite sowohl der Emitterelektrode 19 als auch des dritten Metallteils 15, welche parallel zu einer Längsrichtung des Halbleiterchips 12 liegt, als Wc1 bzw. Wb1 definiert. Die Beziehung zwischen der Abmessung Wc1 der Emitterelektrode 19 und der Abmessung Wb1 des dritten Metallteils 15 lautet Wc1 ≥ Wb1. Weiterhin ist die Abmessung der Seite sowohl der Emitterelektrode 19 als auch des dritten Metallteils 15, welche parallel zu einer Breitenrichtung des Halbleiterchips 12 liegt, als Wc2 bzw. Wb2 definiert. Die Beziehung zwischen der Abmessung Wc2 der Emitterelektrode 19 und der Abmessung Wb2 des dritten Metallteils 15 lautet Wc2 ≥ Wb2. Weiterhin ist im Hinblick auf die Wärmeabstrahlleistung die Lotschicht 16b so gestaltet, daß sie gleich oder kleiner als der Wärmeerzeugungsbereich ist.

Bei der Halbleiteranordnung 100 des Packungstyps mit dem obigen Aufbau ist die Länge Wb1, Wb2 der Seiten des dritten Metallteils 15 in Längs- und Breitenrichtung gleich oder kürzer als die Länge Wc1, Wc2 der entsprechenden Seite der Emitterelektrode 19 in Längs- oder Breitenrichtung. Wenn somit das dritte Metallteil 15 mit der Lotschicht 16 an die Emitterelektrode 19 angeheftet wird, wird dies so durchgeführt, daß die Lotschicht 16b nicht vom Bereich der Emitterelektrode 19 vorsteht.

Somit kann das dritte Metallteil 15 ausreichend gegenüber einem Teil isoliert werden, von dem eine Isolierung notwendig ist. Beispielsweise wird verhindert, daß die Lotschicht 16b um die Rückseite des Halbleiterchips 12 eindringt, so daß die Kollektorelektrode, die auf der Rückseite des Halbleiterchips 12 liegt, die Emitterelektrode 19 kurzschließt. Somit wird eine Funktionsstörung aufgrund dieses Kurzschlusses beseitigt.

Weiterhin wird beseitigt, daß das dritte Metallteil 15 und die Lotschicht 16b, die an dem Teil 15 anhaftet, einen Überhang haben, so daß sie von der Emitterelektrode 19 balkonartig vorstehen. Daher wird der Draht 107 vor einem Kontakt mit dem dritten Metallteil 15 geschützt. Ein Funktionsausfall wird daher beseitigt.

In einem Fall, in dem die Beziehung zwischen den Abmessungen des dritten Metallteils 15 und den Abmessungen der Emitterelektrode 19 wie im Stand der Technik nicht festgelegt ist, ist es notwendig, die Chipgröße zu erhöhen, um eine Isolierung zwischen dem dritten Metallteil 15 und dem Draht 107 oder dem Schutzring sicherzustellen, der am Umfang des Halbleiterchips ausgebildet wird, auch wenn das dritte Metallteil 15 von der Emitterelektrode 19 vorsteht. Weiterhin ist es notwendig, einen gewissen Abstand zwischen dem dritten Metallteil 15 und einem Verbindungsbereich des Drahtes 107 festzulegen, um zu verhindern, daß das Bondierungswerkzeug das dritte Metallteil 15 berührt, wenn der Draht 107 gebondet wird. Somit ist es notwendig, die Chipgröße zu erhöhen.

Wenn jedoch die Abmessungen des dritten Metallteils 15 und der Emitterelektrode 19 in dieser Ausführungsform geeignet definiert werden, kann eine Isolierung zwischen dem Draht 107 und dem Schutzring am Umfang der Halbleitervorrichtung sichergestellt werden. Weiterhin wird das Bondierungswerkzeug daran gehindert, das dritte Metallteil 15 zu berühren. Somit ergibt sich der Vorteil, daß die Chipgröße minimiert werden kann.

Weiterhin, selbst wenn das dritte Metallteil 15 und die Lotschicht 16b, welche an dem Teil 15 anhaftet, einen Überhang haben, dringt der Harzverguß zwischen den Halbleiterchip 12 und die Notschicht 16b ein; daher erzeugt der Harzverguß Trennbelastungen, so daß die Haltbarkeit der Halbleitervorrichtung durch die Belastung verringert wird. Bei dieser Ausführungsform sind jedoch das dritte Metallteil 15 und die Lotschicht 16b, welche an dem Teil 15 haftet, vor einem Überhang geschützt. Somit wird verhindert, daß sich die Haltbarkeit der Halbleitervorrichtung verringert.

Obgleich die Halbleitervorrichtung der IGBT ist, kann die Halbleitervorrichtung durch jegliche andere Vorrichtung gebildet werden (z. B. einen MOSFET). Weiterhin wird der obige Vorteil auch dann erhalten, wenn die Vorrichtung keinen Draht 107 gemäß 10 hat, solange die Beziehung zwischen den Längen der Seiten des Metallteils und der Elektrode oder die Beziehung zwischen den Flächen von Metallteil und Elektrode eingehalten wird. In Betracht gezogen wird beispielsweise, daß die Art von Vorrichtung auch eine Diode sein kann.

Obgleich die Metallteile 14 und 15 voneinander unabhängig sind, können sie auch einstückig ausgebildet sein.

(Sechste Ausführungsform)

Die 12A und 12B sind eine Draufsicht beziehungsweise eine Seitenansicht auf einen Teil einer Halbleiteranordnung des Verpackungstyps gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bevor die Vorrichtung gepackt wird. Bei dieser Halbleiteranordung werden die Flächen der Emitterelektrode 19 und des dritten Metallteils 15 definiert, anstatt das die Beziehung der Abmessungen einer jeden Seite der Emitterelektrode 19 und des dritten Metallteils 15 in der Halbleiteranordnung 100 definiert werden, wie bei der fünften Ausführungsform. Genauer gesagt, wenn die Flächen des dritten Metallteils 15 bzw. der Emitterelektrode 19 in Draufsicht als A1 bzw. A2 definiert werden, wird die Beziehung der Flächen auf A1 ∂ A2 gesetzt. Das heißt, das Verhältnis der Flächen (A1/A2), also das Verhältnis zwischen einer Verbindungsfläche der Emitterelektrode 19 und der Lotschicht 16b und einer anderen Verbindungsfläche des dritten Metallteils 15 und der Lotschicht 16b wird auf gleich oder kleiner als 1 gesetzt.

Somit wird durch Definition des Verhältnisses zwischen den Flächen der Emitterelektrode 19 und des dritten Metallteils 15 erreicht, daß die Lotschicht 16b nicht von der Fläche der Emitterelektrode 19 vorsteht. Weiterhin wird verhindert, daß die Emitterelektrode 19 mit der Kollektorelektrode kurzschließt, die auf der Rückseite des Halbleiterchips 12 angeordnet ist. Somit wird eine Fehlfunktion aufgrund eines Kurzschlusses beseitigt. Weiterhin werden der Draht 107 und das dritte Metallteil 15 an einer Berührung miteinander gehindert; daher werden Fehlfunktionen aufgrund dieses Kontakts beseitigt. Weiterhin sind der Draht 107 und der Schutzring, der am Umfang der Halbleitervorrichtung ausgebildet ist, voneinander isoliert. Das Bondierungswerkzeug wird daran gehindert, das dritte Metallteil 15 zu berühren. Somit kann der Vorteil der Chipgrößenminimierung erhalten werden. Weiterhin werden das dritte Metallteil 15 und die Lotschicht 16b, welche an dem Teil 15 anhaftet, an einem Überhang gehindert; daher wird eine Verringerung der Haltbarkeit der Halbleitervorrichtung verhindert.

In der obigen Ausführungsform hat die Emitterelektrode 19 entsprechend der auf der Oberfläche des Halbleiterchips ausgebildeten Elektrode eine quadratische Form und das dritte Metallteil 15, das an der Emitterelektrode 19 angeordnet ist, hat ebenfalls quadratische Form. Sie können jedoch auch eine andere Form haben (z. B. eine polygonale Form). Selbst wenn sie eine andere Form abweichend von der quadratischen Form haben, wird eingehalten, daß ein Teil des dritten Metallteils 15, welches mit der Elektrode verbunden ist, eine Fläche hat, welche gleich oder kleiner als die Fläche der Oberflächenelektrode ist.

Derartige Änderungen und Abwandlungen verstehen sich als im Rahmen der vorliegenden Erfindung enthalten, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche definiert ist.


Anspruch[de]
  1. Eine Halbleiteranordnung mit:

    einer Halbleitervorrichtung (12);

    einem Paar von oberen und unteren Wärmeabstrahlplatten (13, 14); und

    einem Wärmeabstrahlblock (15),

    wobei die untere Wärmeabstrahlplatte (13), die Halbleitervorrichtung (12), der Wärmeabstrahlblock (15) und die obere Wärmeabstrahlplatte (14) in dieser Reihenfolge angeordnet sind;

    der Wärmeabstrahlblock (15) eine ebene Form hat, welche kleiner als eine ebene Form der Halbleitervorrichtung (12) ist;

    die Halbleitervorrichtung (12) einen Wärmeerzeugungsabschnitt (19) aufweist, der dem Wärmeabstrahlblock gegenüberliegt; und

    der Wärmeerzeugungsabschnitt (19) eine Umfangskante hat, welche derart bestimmt ist, daß ein Abstand (d) zwischen der Umfangskante des Wärmeerzeugungsabschnittes (19) und einer Umfangskante des Wärmeabstrahlblocks (15) gleich oder kleiner als 1,0 mm ist.
  2. Die Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, wobei der Wärmeerzeugungsabschnitt (19) ein Bereich ist, in welchem ein Kanalstrom einer Hauptzelle der Halbleitervorrichtung (12) fließt.
  3. Die Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, wobei der Wärmeerzeugungsabschnitt (19) ein Kanalausbildungsbereich einer Hauptzelle in der Halbleitervorrichtung (12) ist.
  4. Die Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin mit: einer Lotschicht (16), wobei die Lotschicht (16) jeweils zwischen der oberen Wärmeabstrahlplatte (14) und der Wärmeabstrahlblock (15), zwischen dem Wärmeabstrahlblock (15) und der Halbleitervorrichtung (12) und zwischen der Halbleitervorrichtung (12) und der unteren Wärmeabstrahlplatte (13) angeordnet ist.
  5. Die Halbleiteranordnung nach Anspruch 4, wobei die Lotschicht (16), welche zwischen dem Wärmeabstrahlblock (15) und der Halbleitervorrichtung (12) angeordnet ist, eine Umfangskante hat, welche so bestimmt ist, daß ein Abstand (d1) zwischen der Umfangskante der Lotschicht (16) und einer Umfangskante des Wärmeerzeugungsabschnittes (19) gleich oder kleiner als 1,0 mm ist.
  6. Die Halbleiteranordung nach Anspruch 4, wobei die Halbleitervorrichtung (12) eine Elektrode (39) zur Verbindung mit der Lotschicht (16) aufweist, wobei die Elektrode (39) eine Umfangskante hat, welche derart bestimmt ist, daß ein Abstand (d1) zwischen der Umfangskante der Elektrode (39) und einer Umfangskante des Wärmeerzeugungsabschnittes (19) gleich oder kleiner als 1,0 mm ist.
  7. Die Halbleiteranordnung nach Anspruch 4, wobei der Wärmeerzeugungsabschnitt (19) ein Kanalausbildungsbereich einer Hauptzelle in der Halbleitervorrichtung (12) ist, wobei:

    die Halbleitervorrichtung (12) einen Schutzfilm (32) zum Schutz der Hauptzelle aufweist;

    der Schutzfilm (32) eine Öffnung (40) zur Verbindung mit der Lotschicht (16) aufweist; und

    die Öffnung (40) eine Umfangskante hat, welche derart bestimmt ist, daß ein Abstand zwischen der Umfangskante der Öffnung (40) und einer Umfangskante des Wärmeerzeugungsabschnittes (19) gleich oder kleiner als 1,0 mm ist.
  8. Die Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiterhin mit:

    einem Elektrodenkissen (2023, 35) zur Verbindung zwischen der Halbleitervorrichtung (12) und einem externen Schaltkreis, wobei:

    das Elektrodenkissen (2023, 35) mittels eines Drahtes (36) elektrisch mit dem externen Schaltkreis verbunden ist;

    der Wärmeerzeugungsabschnitt (19) ein Kanalausbildungsbereich einer Hauptzelle in der Halbleitervorrichtung (12) ist ; und das Elektrodenkissen (2023, 35) auf einer Oberfläche der Halbleitervorrichtung (12) auf Seiten des Wärmeabstrahlblocks, auf einem Bereich mit Ausnahme der Hauptzelle und außerhalb des Wärmeabstrahlblocks (15) angeordnet ist, um dem Wärmeabstrahlblock (15) nicht gegenüberzuliegen.
  9. Die Halbleiteranordnung nach Anspruch 8, wobei die Halbleitervorrichtung (12) eine quadratische Form hat und wobei das Elektrodenkissen (2023, 35) entlang einer Seite der Quadratform angeordnet ist.
  10. Die Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, weiterhin mit einem Temperatursensor (24) zur Erfassung einer Temperatur der Halbleitervorrichtung (12), wobei der Temperatursensor (24) auf einer Oberfläche der Halbleitervorrichtung (12) auf Seiten des Wärmeabstrahlblocks und innerhalb des Wärmeabstrahlblocks (15) dem Wärmeabstrahlblock (15) gegenüberliegend angeordnet ist.
  11. Die Halbleiteranordung nach Anspruch 10, wobei der Temperatursensor (24) in einem mittigen Abschnitt der Halbleitervorrichtung (12) angeordnet ist.
  12. Die Halbleiteranordung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, weiterhin mit:

    einer Lotschicht (16); und

    einem Stromerkennungsabschnitt (37) zur Erkennung eines Stroms in der Halbleitervorrichtung (12), wobei:

    die Lotschicht (16) zwischen der oberen Wärmeabstrahlplatte (14) und dem Wärmeabstrahlblock (15) bzw. zwischen dem Wärmeabstrahlblock (15) und der Halbleitervorrichtung (12) bzw. zwischen der Halbleitervorrichtung (12) und der Wärmeabstrahlplatte (13) angeordnet ist, und

    der Stromerkennungsabschnitt (37) auf einer Oberfläche der Halbleitervorrichtung (12) auf Seiten des Wärmeabstrahlblocks und außerhalb der Lotschicht (16) zwischen dem Wärmeabstrahlblock (15) und der Halbleitervorrichtung (12) angeordnet ist.
  13. Die Halbleiteranordnung nach Anspruch 12, wobei der Stromerkennungsabschnitt (37) ein Stromspiegel ist.
  14. Die Halbleiteranordnung nach Anspruch 12, weiterhin mit einem Elektrodenkissen (2023, 35) zur Verbindung zwischen der Halbleitervorrichtung (12) und einem externen Schaltkreis, wobei:

    das Elektrodenkissen (2023, 35) über einen Draht (36) elektrisch mit dem externen Schaltkreis verbunden ist;

    der Wärmeerzeugungsabschnitt (19) ein Kanalausbildungsbereich einer Hauptzelle in der Halbleitervorrichtung (12) ist; und

    das Elektrodenkissen (2023, 35) auf einer Oberfläche der Halbleitervorrichtung (12) auf Seiten des Wärmeabstrahlblocks, auf einen Bereich mit Ausnahme der Hauptzelle und außerhalb des Wärmeabstrahlblocks (15) angeordnet ist, um dem Wärmeabstrahlblock (15) nicht gegenüberzuliegen, wobei das Elektrodenkissen (2023, 35) und der Stromerkennungsabschnitt (37) in einem Bereich der Halbleitervorrichtung (12) zusammengefaßt sind.
  15. Eine Halbleiteranordnung mit:

    einer Halbleitervorrichtung (12) mit einer Hauptelektrode (19), die auf einer Hauptoberfläche der Halbleitervorrichtung (12) angeordnet ist,

    einer Metallplatte (15), die auf der Hauptseite der Halbleitervorrichtung (12) angeordnet und mit der Hauptelektrode (19) verbunden ist; und

    einer Packung (17) zum Schutz der Halbleitervorrichtung (12), der Hauptelektrode (19) und der Metallplatte (15), wobei

    die Hauptelektrode (19) eine Außenlinie hat, welche eine polygonale Form aufweist, und die Metallplatte (15) eine Außenlinie hat, welche eine polygonale Form hat und wobei die polygonale Form der Metallplatte (15) eine Seite hat, welche gleich oder kleiner als eine entsprechende Seite der Polygonalform der Hauptelektrode (19) ist.
  16. Die Halbleiteranordnung nach Anspruch 15, wobei die Polygonalform der Metallplatte (15) keine Konkavität hat und die Polygonalform der Hauptelektrode (19) keine Konkavität hat.
  17. Die Halbleiteranordnung nach Anspruch 15 oder 16, weiterhin mit einem Draht (107), der auf der Hauptoberfläche der Halbleitervorrichtung (12) angeordnet ist, wobei der Draht (107) in der Lage ist, eine an die Halbleitervorrichtung (12) angelegte Spannung zu steuern.
  18. Die Halbleiteranordung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Metallplatte (15) mit der Hauptelektrode (19) über ein Bondierungsteil (16a16c) verbunden ist und wobei das Bondierungsteil (16a16c) die gesamte Hauptelektrode (19) bedeckt.
  19. Die Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche (15–18), wobei die Polygonalform der Metallplatte (15) innerhalb der Polygonalform der Hauptelektrode (19) liegt.
  20. Eine Halbleiteranordnung mit:

    einer Halbleitervorrichtung (12) mit einer Hauptelektrode (19), die auf einer Hauptoberfläche der Halbleitervorrichtung (12) angeordnet ist;

    einer Metallplatte (15), die auf der Hauptseite der Halbleitervorrichtung (12) angeordnet und mit der Hauptelektrode (9) verbunden ist; und

    einer Packung (17) zum Schutz der Halleitervorrichtung (12), der Hauptelektrode (19) und der Metallplatte (15),

    wobei die Hauptelektrode (19) eine Polygonalform hat und die Metallplatte (15) eine Polygonalform hat und wobei die Polygonalform der Metallplatte (15) eine Fläche hat, welche gleich oder kleiner als eine Fläche der Polygonalform der Hauptelektrode (19) ist.
  21. Die Halbleiteranordnung nach Anspruch 20, weiterhin mit:

    einem Draht (107), der auf der Hauptoberfläche der Halbleitervorrichtung (12) angeordnet ist, wobei der Draht (107) in der Lage ist, eine an die Halbleitervorrichtung (12) angelegte Spannung zu steuern.
  22. Die Halbleiteranordnung nach Anspruch 20 oder 21, wobei die Metallplatte (15) mit der Hauptelektrode (19) über ein Bondierungsteil (16a16c) verbunden ist und wobei das Bondierungsteil (16a16c) die gesamte Hauptelektrode (19) bedeckt.
  23. Die Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 20–22, wobei die Polygonalform der Metallplatte (15) innerhalb der Polygonalform der Hauptelektrode (19) liegt.
Es folgen 10 Blatt Zeichnungen






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